Добавить в избранное
 
 

ПОДВЕСКА


ШАССИ-1

 

 

 

 

 

 


Работа подвески

На заре автомобилестроения, когда скорости были низкие, а мощность двигателя ограниченной, главным задачей подвески было обеспечение комфортабельных условий поездки. Нужно было разработать такой механизм, который бы позволял колесам интенсивно перемещаться вверх и вниз, в то время как кузов автомобиля двигался бы плавно над дорогой. С началом применения пружин, на которые опирался своим весом кузов, конструкторы добились смягчения ударов, которым подвергался автомобиль на дорогах.


Однако применение пружин привело к эффекту укачивания (у пассажиров появлялась морская болезнь). Потребовалось изобрести механизм, который выравнивал бы воздействие постоянных, хотя и ослабленных пружинами толчков. Понадобились многие годы, пока конструкторы не пришли к современному амортизатору. Хотя по своей конструкции амортизаторы значительно отличаются один от другого, идея амортизатора универсальна: он позволяет подвеске свободно двигаться при попадании колеса в выбоины на дорогу, но предохраняет от сильных толчков с помощью гидравлического сопротивления. Такое сопротивление создается с помощью прокачки жидкости внутри амортизатора через специальные клапаны.

Учеными и конструкторами разработана целая наука о создании пружин и амортизаторов. На современных автомобилях применяется и стабилизатор поперечной устойчивости. Это выгнутый из пружинной стали прут особой формы, соединяющий рычаги подвески с одной и другой стороны кузова, чтобы уменьшить его крены и колебания. Кроме того, применяются торсионы и гидропневматических устройства в подвесках, однако основной принцип действия - элементы подвески демпфируют и гасят передающиеся от колес усилия на кузов. Все эти системы призваны дать возможность каждому колесу поглощать воздействие от неровностей дороги.

Наиболее распространена подвеска рычажного типа, где в зависимости от конструкции имеется один или несколько рычагов, к которым и крепится поворотный кулак и собственно колесо. Однако они занимают много места в автомобиле, которое можно было бы использовать для увеличения салона. Кроме того, это сложные и дорогостоящие системы.

В начале 21 века широкое распространение получили подвески типа Макферсон. Они состоят всего из нескольких деталей, относительно дешевы в изготовлении и занимают в автомобиле мало места. Подвески Макферсона часто устанавливают на передних колесах. Задние подвески отличаются большим разнообразием. Система с единым (неразрезным) задним мостом применялась на заре автомобилестроения. Ее можно обнаружить у некоторых моделей легковых автомобилей и у многих грузовых автомобилей. У единого моста есть существенный недостаток - когда задние колеса крепятся на одну ось, то при попадание одного колеса в яму, это сразу сказывается и на другом колесе автомобиля. У машин с независимой подвеской колес такие проблемы просто не возникают. Но если позволить каждому колесу следовать за всеми неровностями на дорожном покрытии независимо друг от друга, то это создаст дополнительные трудности в управлении автомобилем. Колеса, которые зависают в воздухе - даже на короткий момент - не смогут помочь водителю выполнить такие операции, как ускорить движение автомобиля, затормозить или сделать поворот.

 

Трансмиссия

Независимо от модели автомобиля, для того, чтобы он работал, необходимо иметь сцепление и трансмиссию. Трансмиссия автомобиля преобразовывает энергию, поступающую от двигателя, и подает ее на ведущие колеса в большом диапазоне скоростей. Сцепление передает вращение от вала двигателя и отсоединяет его от трансмиссии (и в свою очередь, от ведущих колес) во время остановки автомобиля. Постепенно включая сцепление и увеличивая мощность двигателя, плавно передают нагрузку и сдвигают автомобиль с места. Задача трансмиссии заключается в том, чтобы обеспечить широкий передаточный диапазон коробки скоростей и обеспечить обычный диапазон скоростей во время движения.


Ключевым аспектом любой трансмиссии является ее способность преобразовывать выходную мощность двигателя в полезный вращающий момент, с тем, чтобы эту энергию можно было подавать на колеса с требуемой скоростью. Это достигается путем выбора скоростей коробки передач между двигателем и ведущими колесами. При низкой передаче трансмиссия позволяет двигателю вращаться свободно, несмотря на то, что автомобиль двигается медленно. Это обеспечивает максимальное увеличение вращающего момента для ускорения, когда автомобиль трогается с места или когда перевозят тяжелый груз на маленькой скорости.

При высокой передаче трансмиссия позволяет установить обороты двигателя на нужном уровне, который наиболее эффективен для потребления топлива, несмотря на то, что скорость движения высока. Она обеспечивает высокую скорость при относительно небольшой силе вращения. Но при попытке ехать в гору или против сильного ветра на высокой скорости, медленно вращающийся двигатель не будет иметь достаточной мощности, чтобы поддерживать нужную скорость. В этом случае нужно переключить рычаг скоростей на более низкую передачу. Между высокой и низкой скоростями у трансмиссии должно быть достаточное количество промежуточных скоростей. В современных автомобилях с ручной коробкой передач существует от четырех до шести передач.

Ручные трансмиссии применяются в той или иной форме с первых дней существования автомобиля. Они не претерпели сильных изменений, но стали более легкими в использовании. Ручное сцепление располагается между двигателем и трансмиссией и состоит из вращающихся пластин (тарелок), которые остаются в контакте (сцепленными) до тех пор, пока водитель их не разъединит, нажав на педаль сцепления. Одна пластина вращается вместе с коленвалом двигателя, в то время как вторая двигается на валу трансмиссии. Мощные пружины сжимают вместе эти пластины. Поэтому педаль сцепления имеет усиление в виде рычага и обеспечивает механическое или гидравлическое соединение. В некоторых случаях сцепление происходит с помощью вакуума, создаваемого двигателем. Сцепление имеет изнашивающуюся поверхность, которая может заменяться, и которая позволяет ей медленно производить сцепление, что необходимо для того, чтобы плавно трогаться с места.

Имея рычаг, установленный на полу автомобиля, водитель может устанавливать вручную в зависимости от обстоятельств, нужную скорость трансмиссии. Шестерни в трансмиссии двигаются с помощью рычага, имеющего вилообразную форму, что позволяет им двигаться по осям трансмиссии. Сцепление спроектировано таким образом, что одновременно может быть задействована только одна скорость. Первая скорость обеспечивает наибольшее число оборотов или разницы между высокой скоростью двигателя и низкой скоростью вращения колес. На самой высокой скорости все происходит с точностью до наоборот. Для того, чтобы поменять скорость, водителю необходимо на секунду отжать сцепление для того, чтобы отключить трансмиссию и позволить рычагу переключения передач плавно передвинуться и не повредить коробку передач.


Амортизаторы

Амортизаторы появились на автомобилях задолго до широкого внедрения известных сегодня цилиндрических конструкций с перемещающимся поршнем. Первоначально почти повсеместно распространенные рессоры совмещали в себе одновременно и пружину и амортизатор. Пружинили листы, они же и терлись друг об друга, стянутые для этого в пакеты, переводя кинетическую энергию в тепловую и гася вертикальные колебания.


Идея разделить функции пружин и демпфирующих устройств была вынужденной. Широкое внедрение независимой подвески, значительно повышающей комфорт и управляемость, подвело к этому чисто конструктивно. С приходом винтовых пружин вместо рессор рядом с ними так и просилось что-нибудь цилиндрическое. К тому же, разболтанную рессору приходилось менять целиком или перетягивать, что по трудоемкости значительно превосходило замену пары амортизаторов, закрепленных двумя гайками каждый.

Механическое трение заменили на гидравлическое. Первое было очень трудно контролировать, по мере быстрого износа трущихся поверхностей характеристики всей системы так же быстро менялись. Кроме того, все это сопровождалось, обычно, скрежетом и скрипом что не добавляло комфорта пассажирам. Гидравлическая система с маслом, прогоняемым через тонкие калиброванные отверстия клапанов служила на несколько порядков дольше, не меняя существенно своих характеристик. К тому же появилась возможность достаточно четко дозировать эти характеристики, простой сменой двух или четырех амортизаторов делать один и тот же автомобиль более комфортабельным или более спортивным.

Гидравлическое трение имело перед механическим еще одно бесспорное преимущество. Клапаны, через которые протекает масло, можно настроить так, что сопротивление амортизатора будет разным в зависимости от направления работы подвески. Обычные амортизаторы имеют усилие при отбое в два-четыре раза больше, чем усилие при сжатии. Это означает, что когда колесо наезжает на препятствие, оно с легкостью идет вверх, а затем, уже при возврате его назад, пружинам и приходится работать, тратя накопившуюся при сжатии кинетическую энергию. Меняя характеристики сопротивления ходов, получают "более спортивные" или "более комфортные" подвески, не меняя принципиально их конструкции.

Между водителем и кузовом находится сиденье, которое установлено на полу, вместе с порогами и боковинами образующими упругую балку, далее следуют пружины, амортизаторы и шины. Каждый из этих элементов пружинит и имеет свои характеристики, включая характерные только ему значения резонансных частот. Поэтому-то все механические системы автомобиля подбираются в процессе его разработки так, чтобы избежать вредных или разрушительных колебаний.

Не только избежать разрушительных в прямом и переносном смысле резонансных колебаний, но и сделать передвижение в автомобиле максимально комфортным призваны элементы подвески.

Исторически человек связан с автомобилем и другими механическими средствами передвижения только последние 100-200 лет. Все тысячелетия до этого он передвигался пешком и, поэтому, заложенная в него природой комфортная частота колебаний составляет 1-2 в секунду при амплитуде, равной примерно 1/8 длине тела. Все остальные колебания либо слишком часты (автомобиль "трясет"), либо укачивают и вызывают морскую болезнь (автомобиль плывет как "баржа"). Именно характеристики амортизаторов являются последним самым мощным инструментом для достижения оптимального комфорта в машине.

В подвесках современных автомобилей применяют телескопические амортизаторы. В основном - гидравлические двухтрубные и гидропневматические однотрубные. Гидравлические амортизаторы демпфируют мягче за счет двух систем клапанов, в отличие от однотрубных газовых, у которых только одна, расположенная на штоке, плюс газ у них под более низким давлением. Вместе с этим, они максимально инертны, медленно реагируют на перемещения колеса, особенно при низкочастотных колебаниях небольшой амплитуды. Чем выше давление газа, подпирающего масло, тем выше "быстрота реакции" амортизатора. В амортизаторах высокого давления и масло и газ расположены последовательно в одном цилиндре и разделены плавающим клапаном. Газ (обычно это азот) находится под давлением около 25 атмосфер. Таким образом, клапан штока находится все время в "поджатом", "подпружиненном" состоянии и гораздо быстрее реагирует на выбоины и ухабы дороги.

Гидравлические двухтрубные амортизаторы имеют еще несколько особенностей, становящихся недостатками при определенных режимах эксплуатации автомобиля. При резком перемещении поршня на обратной стороне клапана создается разряжение и могут образоваться кавитационные пузырьки. Это резко изменяет характеристики демпфирования. При часто повторяющихся резких перемещениях, например, при прохождении раллийной трассы, амортизатор просто "вскипает" - кавитационные пузырьки и газ компенсационного объема смешиваются с маслом в подобие эмульсии, при этом демпфирование практически исчезнет.

Газонаполненные амортизаторы высокого давления появились, в основном, как ответ на необходимость решения этой проблемы. Подпружиненное масло практически не вспенивается, а отделение компенсационного объема плавающим поршнем снимает вопрос о возможном смешивании газа с маслом. Именно поэтому амортизаторы высокого давления можно переворачивать "вниз головой", например в стойках Макферсона, а гидравлические - нет.

Двухтрубные амортизаторы тяжелее однотрубных. Установка первых на автомобиле ведет к увеличению неподрессоренной массы подвески и, как следствие, увеличению ее инертности. При частых перемещениях вверх-вниз на характерных участках дороги (типа раллийная трасса), инерция заставляет подвеску как бы "задумываться" поочередно то в верхней, то в нижней точки и пропускать очередное летящее на нее препятствие или яму. В этом заключается еще одна причина всеобщей любви спортсменов к однотрубным газонаполненным амортизаторам.


Определение неисправности амортизаторов

Автомобиль, колесо которого вывешено в воздухе, не может тормозить, разгоняться или поворачивать, т.е. становится неуправляемым. Пружины стремятся вернуть колесо на землю, но ударившись о покрытие, оно так же быстро отскакивает назад. Колебания повторяются, автомобиль встречает новые препятствия и ямы и, если бы не амортизаторы, при скоростях больше 20-30 км/час управлять им становится практически невозможно. Характеристики же исправного амортизатора рассчитаны так, что колесо делает только одно "полноценное" движение вверх, возвращается вниз и после этого 80% энергии удара погашено амортизатором - превращено в тепло и рассеяно в воздухе.


Исправные амортизаторы являются ведущим элементом активной безопасности.

Опасность ситуации заключается в том, что, во-первых, многие водители этого не осознают, а во-вторых износ амортизаторов происходит постепенно, часто без видимых или слышимых признаков.

Чем более неисправны амортизаторы, тем больше времени колесо проводит в воздухе, а не в контакте с дорогой. В результате увеличивается тормозной путь, особенно нагруженного автомобиля и с прицепом, снижается скорость безопасного прохождения поворотов и порог начала аквапланирования, происходит интенсивный износ шин, узлов ходовой части, ухудшается освещение дороги и происходит ослепление встречных водителей. Особенно не любят неисправные амортизаторы системы АБС, ПБС и Traction Control. Их датчики настроены на отслеживание поведения колес, катящихся по земле, а не вращающихся со страшной силой в воздухе. Электронные "мозги" этих систем путаются и дают неверные указания исполнительным механизмам.

Самое же главное, ухудшается управляемость, автомобиль начинает рыскать, особенно при изменении скорости (разгоне или торможении). Самое же последнее, но то, что принято замечать сразу - значительно снижается комфортность поездки, машину трясет, вибрация становится неравномерной и часто сопровождается стуками. Это первый очевидный признак неисправности амортизаторов. Значит, пришло время для их осмотра и диагностики.

Выделяют четыре способа диагностики амортизаторов :

1. Визуальный осмотр

Несмотря на то, что амортизатор как будто специально расположен в самом неудобном для осмотра месте, этот тест один из самых достоверных и, несомненно, дешевых и оперативных. О нарушении герметичности амортизатора говорят подтеки масла. Если при проверке у Вас возникли сомнения, протрите амортизатор насухо и осмотрите его через несколько дней работы.

Обратите внимание на состояние буфера отбоя и пыльника. Масло, попавшее на их поверхность не только говорит о проблемах амортизатора, но и приводит к их очень быстрому разрушению.

Важнейшим элементом визуального осмотра является состояние шин. Если на их поверхности, особенно по боковой кромке наблюдаются неравномерные пятна износа, это явный знак неисправности амортизаторов. Можно также наблюдать за поведением колеса при движении из другого автомобиля. Здесь не нужно быть экспертом, чтобы заметить, если оно "скачет" и что амортизатор неисправен.

Еще одним "визуальным" тестом является осмотр штока. Визуальным в кавычках потому, что в отличие от всего сказанного выше амортизатор нужно снимать. Тем не менее, если на полированной поверхности вы обнаружили следы от зажимов или пятна ржавчины - меняйте амортизатор. Другим печальным сигналом может быть износ хромового покрытия в виде пятна с одной стороны. Это следствие неправильной затяжки при установке, приведшей к несоосности цилиндра и штока. Результатом также будет потеря герметичности и выход амортизатора из строя.

2. Тест на "покачивание"

Самый известный и самый критикуемый тест. Действительно, раскачав автомобиль за угол и отпустив его в нижней точке, можно выявить только заведомо вышедший из строя амортизатор. С ним автомобиль будет продолжать колебания. Однако, если он встал "как вкопанный", это может означать совсем не работающий, а наоборот, заклинивший амортизатор. Делайте этот тест больше для самоуспокоения и старайтесь "поймать" момент начала потери рабочих свойств при движении.

3. Оценка управляемости автомобиля в движении

Комфорт в автомобиле при его движении понятие гораздо более субъективное, чем устойчивость и управляемость. Неисправные амортизаторы приводят к тому, что на скоростях начиная с 80 километров в час автомобиль начинает рыскать, особенно при встрече с мелкими неровностями дороги. Снижается курсовая устойчивость, начинается продольная и поперечная раскачка. Раскачка имеет продолжительный незатухающий характер. При движении по неровностям автомобиль показывает замедленную реакцию на руль -  тот уже вывернут, а машина все не начинает поворачивать.

4. Инструментальный контроль (стендовая диагностика)

Различают вибрационные стенды и проверку демпфирующего усилия на испытательных стендах. В первом случае Вам необходимо заехать на автомобиле на площадку исполнительного механизма стенда и за несколько минут на нем будет получена диаграмма осевых колебаний. Сравнивая ее со специфичными граничными характеристиками для данного автомобиля, специалисты станции могут практически безошибочно оценить состояние амортизаторов.

Проверка демпфирующего усилия требует разборки подвески и снятия амортизатора. Такая диагностика позволяет получить максимально точную информацию, но дорога и сложна уже сама по себе.

В амортизаторе могут выйти из строя только две вещи: клапаны и может нарушиться герметичность сальника штока. Если поломка первого рода встречается достаточно редко, то вторая является основной и имеет множество причин для происхождения. Надежно работающий сальник амортизатора представляет собой достаточно нетривиальную конструкторскую задачу. Действительно, его шток проходит через масляную ванну изнутри наружу, повторяя это циклическое движение сотни тысяч раз, часто со значительными ускорениями, нагреваясь (и расширяясь), вместе с нагревающимся при работе маслом. Еще сложнее ситуация у однотрубных систем, ведь там все усугубляет давление газа, которое равномерно распространяется и на масло, по определению стараясь вытолкнуть его наружу.

После решения конструкторской задачи на первое место выходит качество изготовления и качество материалов. Не менее важны и показатели стабильности производства и тех допусков, посадок и отклонений, которые закладываются в каждый амортизатор. Все это и входит в определение такого емкого слова как "культура производства". Именно поэтому одни амортизаторы служат дольше чем автомобиль, а другие нужно проверять каждые 20 тысяч километров. Но и в цене разница может доходить до 10 раз.

Во время работы на автомобиле шток амортизатора "собирает" взвешенную в воздухе пыль и иные механически (абразивно) и химически агрессивные вещества типа соляного раствора, которым поливают зимой наши дороги. Они просачиваются в небольших количествах даже через исправный защитный кожух -  пыльник. Другое дело, когда этот кожух поврежден или даже частично разрушен. Пыль и грязь, попадая на шток, как наждаком срезают поверхность сальника и масло начинает просачиваться наружу.

Полированная поверхность штока рассчитана на многолетнюю эксплуатацию. Появляющаяся на ней ржавчина свидетельствует либо о сверхагрессивной среде, либо о проблемах с подбором материала, соблюдением качества производства его изготовителем или неквалифицированной установке автомортизаторов. Раковинки ржавчины вызывают интенсивный износ сальника. Царапины на полированной поверхности очень скоро приведут к разрушению сальника. Для избежания же неравномерного износа поверхности штока затягивать амортизатор до упора нужно только когда автомобиль стоит на колесах с нормальной нагрузкой.

Простая регулярная проверка целости и сохранности пыльника и правильная первоначальная установка амортизатора смогут значительно продлить его жизнь. Труднее избежать неблагоприятных режимов работы, изнашивающих внутренние клапаны. К таким относятся предельно высокие и низкие температуры и длительная езда на невысокой скорости с большими амплитудами перемещения штока.


Выбор амортизаторов

Замена амортизаторов, по сравнению, скажем, с заменой масла или топливного фильтра, может привести к значительным изменениям в поведении автомобиля. Отличаются не только гидравлические и газовые, но и однотипные амортизаторы различных фирм. Комфорт и управляемость - показатели технически противоположные. Увеличивая один из них, мы уменьшаем другой и так далее. Неверно также утверждать, что газовые одноцилиндровые амортизаторы, в целом, лучше гидравлических двухтрубных. Да, они легче, лучше охлаждаются, практически не вспениваются и их можно переворачивать "вверх головой". Однако, все эти свойства становятся реальными преимуществами только в условиях спортивных соревнований.


Для подавляющего числа "рядовых" автомобилистов и условий их езды гидравлические амортизаторы справляются со своими задачами на сто процентов. Более того, большинство из тех, кто попробовал, отмечает излишнюю жесткость газовых однотрубников. То же самое относится и к ценовому подходу. Практически все однотрубные газонаполенные амортизаторы на 30-50% дороже гидравлических. То же самое относится и к соотношению цен на амортизаторы российского и зарубежного производства.

При выборе амортизаторов в первую очередь необходимо руководствоваться назначением и конструкцией автомобиля, особенностями его эксплуатации, жесткостью шин, а также пристрастиями водителя, так как люди по-разному воспринимают колебания автомобилей. Если Вы не имеете специфических требований к автомобилю, то желательно придерживаться рекомендаций завода-изготовителя и покупать штатные амортизаторы. Они соответствуют заданным условиям эксплуатации автомобиля, его устойчивости и управляемости, их силовые параметры согласованы с прочностью кузова, а геометрические - с подвеской.

Если Вы часто ездите на полностью загруженном автомобиле, можно купить амортизаторы посильнее - примерно на 30-50 %. Если Вы - приверженец активного стиля вождения, можно приобрести амортизаторы с повышенным сопротивлением на дроссельных режимах.

При покупке амортизатора тщательно сверьте комплектность набора с тем, что значится в каталоге. В него могут входить специальные детали крепления, буферы отбоя, пыльники и т.д. Желательно, чтобы у каждого амортизаторы был паспорт с техническими характеристиками и гарантийными обязательствами, а у патрона - еще и инструкция по сборке. Проверьте внешний вид амортизаторов: они не должны иметь потеков, вмятин, царапин и проч.

Менять амортизаторы необходимо парами. Допустимо ставить на автомобиль одновременно одно- и двухтрубные амортизаторы, но на при этом на одной оси автомобиля они обязательно должны быть одинаковыми.

Замену амортизаторов желательно производить на станции технического обслуживания. Специальный инструмент - съемник - требуется на многих моделях автомобилей для сжатия и фиксации пружины подвески для ее снятия. При неумелом обращении, последняя может в буквальном смысле слова "выстрелить", последствия чего могут быть разрушительны. При установке нельзя перетягивать резиновые втулки крепления, а окончательную затяжку следует производить на стоящем на колесах автомобиле с тем, чтобы обеспечить соосность элементов амортизатора.

 

На главную Напишите нам Контакты